低压易漏多套油层固井关键技术_卢奕泽.pdf

收稿日期:2 0 2 2-1 1-1 3作者简介:卢奕泽(1 9 9 5-),男,新疆乌鲁木齐人,本科,助理工程师,主要从事储层改造方面的研究。低压易漏多套油层固井关键技术卢奕泽1,李亚双2,周鹏高3(1新疆正通石油天然气股份有限公司,新疆 克拉玛依 8 3 4 0 0 0;2中国石油新疆油田公司采油一厂克拉玛依职业技术学院,新疆 克拉玛依 8 3 4 0 0 0;3克拉玛依职业技术学院,新疆 克拉玛依 8 3 4 0 0 0)摘要:准噶尔盆地腹部L井区,存在多个低压易漏含油层系,层间间距较大,固井过程中极易井漏。针对该区块低压易漏多套油层的固井技术难点,根据颗粒紧密堆积级配原理,配制出抗压强度大、虑失量小、流动性好、屈服值和塑性粘度大、性能稳定的优质微珠低密度水泥浆体系;应用双级注水泥工艺技术,待下部油层段水泥浆初凝后,再进行上部油层固井,有效降低下部油层的环空液柱压力;通过优化设计水泥浆密度、性能、排量,始终保持注替过程中环空动态压力低于漏失压力,有效解决了井漏问题。关键词:低压;易漏;双级固井;环空压力中图分类号:T E 1 1 2 文献标识码:A 文章编号:1 0 0 6-7 9 8 1(2 0 2 3)0 4-0 0 7 5-0 41 引言固井是钻完井工程的重要环节,固井质量对油气井寿命和后期油气生产具有重要影响。井漏是固井过程中常见的复杂,严重井漏可能导致固井失败甚至油气井报废。准噶尔盆地腹部L井区,存在多个低压易漏含油层系,层间间距较大,固井过程中极易井漏。针对该区块的固井技术难点,研制出优质微珠低密度水泥浆体系,并通过优化设计水泥浆密度、性能、排量,采用双级固井工艺,将环空液柱压力控制在合理范围,有效解决了井漏问题。2 固井难点与技术对策L 7井是L井区的一口评价井,该井纵向上发育多套含油层系。L 7井K 1 h组油藏厚度约7 0 0 m,为薄层状、多套油气水层的构造油藏。根据区域性标志地层,K 1 h组可分为上下两段,上段K 1 h 2平均厚度约为3 0 5 m,下段K 1 h 1平均厚度约为4 9 5 m,上段的含油性比下段略好。K 1 h组地层岩性为细粒岩屑砂岩,孔隙度为1 1.13 2.4%、平均2 6.5%,渗透率为1 84 0 0 mD、平均1 9 5mD,属于中高孔、中高渗细砂岩储层1。根据试油资料,K 1 h组油藏中部深度为1 4 1 4 m,地层孔隙压力为1 2.7 MP a,压力系数为0.9 2。该区块K 1 h组地层实钻过程中漏失压力当量密度为1.3 71.5 g/c m 3,破裂压力当量密度为2.3 3 g/c m 3。L 7井J 2 x组油藏为底水背斜油藏,可划分为J 2 x 1、J 2 x 2、J 2 x 3,油层主要分布在J 2 x 3和J 2 x 1。J 2 x组地层岩性主要为细中粒岩屑砂岩,孔隙度为1 6.82 2.9%、平均2 0.2%,渗透率为76 8 5 mD、平均1 2 2mD,为中孔、中高渗储层。根据试油资料,J 2 x组油藏中部深度为2 2 7 6 m,地层孔隙压力为1 9.9 MP a,压力系数为0.8 9。该区块J 2 x组地层实钻过程中漏失压力当量密度为1.3 41.4 1 g/c m 3,破裂压力当量密度为2.2 5 g/c m 3。L 7井地层压力及井身结构如图1所示。L 7井纵向上发育多套薄油层,储层为中高孔、中高渗低压易漏储层。为了提高固井质量,在现场施工过程中做好通井、洗井、提高漏失层的承压能力等常规措施之外,主要的固井关键技术有:1)配制出高质量的低密度水泥浆体系;2)为了降低J 2 x组环空液柱压力,采用双级注水泥固井工艺技术;3)合理设计浆体密度、流变参数及注替排量,确保环空液柱压力始终小于漏失压力,防止井漏。3 微珠低密度水泥浆体系配制配制低密度水泥浆体系首先要优选合适的减轻材料。空心微珠易于获取且自身密度较低,是配制低密度水泥浆的良好减轻剂,其特性符合低压井对水泥浆密度和水泥石早期强度的要求。空心微珠是S i O2和A l2O3经过高温烧制而成,主要来源于热电厂粉煤灰。室内测试结果表明,选用的空心微珠化学组成为:5 8.5%S i O2、3 4.5%A l2O3、3.7%F e2O3、2.3%C a O、1.6%M g O,密度约0.7 2 g/c m3、57 2 0 2 3年第4期内蒙古石油化工粒径为5 53 3 0 m、壁厚与直 径之比约为0.1 00.2 6,密闭率大于9 3%。空心微珠是一种灰白色无机非金属材料,密度小、粒度细、活性好,能与C a(OH)2、C a S O4作用,生成产物具有较强的胶凝性,能提高水泥石强度、降低渗透率。图1 L 7井地层压力及井身结构 微硅(又名硅灰),是冶炼硅铁合金或工业硅时的副产物,一种无定形、粉末状的二氧化硅(S i O2)材料。室内测试结果表明,选用的微硅化学组成为:9 2.5%S i O2、0.3%A l2O3、0.8 7%F e2O3、1.7 7%C a O、0.3%M g O、1.7 6%P2O5。粒度分布为:1 6%小于0.1 m、4 6%为0.1 0.5 m、1 5%为0.5 1.0 m、1 1%为1.0 3.0 m、5%为3.0 1 0.0 m、7%大于1 0.0 m。比表面为1 5 2 0 m2/g,是 水 泥 的4 5 6 0倍(水 泥 约 为0.3 3 m2/g)。微硅具有极强的表面活性,能快速促进水泥浆水化反应。由于微硅粒径较小,通常情况下比水泥细1 0 0倍左右,且流动性能远高于水泥。配制水泥浆时加入微硅粉,可以提高水泥的强度,增强水泥的韧性,提高水泥的耐腐蚀性,降低水泥结块现象,从而进一步提高和改善水泥的品质和质量。根据颗粒紧密堆积级配原理2-3,结合水泥、空心微珠、微硅的粒度分布特征,经过多次试验得到合适的加量比例。再根据现场井眼条件对水泥浆的技术要求,优选出降失水剂、早强剂、促凝剂等添加材料,使配制出的水泥浆满足现场需求。一级浆(=1.4 0g/c m3)配方为:G级水泥+2 1.6%WZ+5.5%WG+3.2%SW-1 A+(0.2 5%S T 3 0 0 D+5.6%S T 3 0 0 M+0.7%S X Y-+0.1 7%S 2 0 0 R)湿混+5 6%水固比;二级浆(=1.4 0g/c m 3)配方为:G级水泥+2 3.5%WZ+5%WG+3%SW-1 A+(0.2 3%S T 3 0 0 C+5.2%S T 3 0 0 M+0.6%S X Y-)湿混+5 6%水固比。微珠低密度水泥浆主要性能如表1所示。表1 水泥浆主要性能浆体测试温压(,MP a)稠化时间(m i n)2 4 h强度(MP a)3 0 m i n滤失量(m l)3 0 01 0 063nk流变模式一级浆5 2,2 92 0 81 4.41 2 75 62 61 51 40.7 00.3 7幂律二级浆4 1,2 21 0 51 2.71 1 56 42 71 51 40.7 80.2 5幂律 室内测试结果表明,配制的微珠低密度水泥浆具有如下特点:水泥石的抗压强度在1 2.7 1 4.4 MP a之间,与 常 规 水 泥 的 抗 压 强 度 基 本 相 当;水 泥 浆3 0 m i n虑失量小于1 5 0 m l,虑失量较小,有利于保持水泥浆性能稳定,保护油气层;浆体的流动度大于2 0 c m,具有较好的流动性;屈服值和塑性粘度较大,水泥浆性能稳定;水泥浆单项性能指标要求与总体工程性能协调;流变性好,利于配浆密度控制和降低循环压耗;配方简单易调,外加剂易于获取,现实操作性较强。4 环空E C D模拟与控制4.1 平衡压力固井原则固井注水泥过程中要保持环空压力系统平衡:环空动压力要小于地层漏失压力防止井漏,且要小于破裂压力避免压破地层;环空静压力要大于地层孔隙压力防止井喷。由于固井流体涉及到冲洗液、隔离液、水泥浆、钻井液和清水,流体密度和流变参数不同,注替过程中环空液体不断变化,环空动、静压力也在变化。固井注水泥全过程中环空压力系统应满足:P=Ph+PfPP(1)式(1)中:P为注水泥过程中井内环空动态压力(MP a);Ph为环空液柱静液压力(MP a);Pf为环空67 内蒙古石油化工2 0 2 3年第4期 液柱流 动 摩 阻 压 降(MP a);P1为 地 层 漏 失 压 力(MP a);PP为地层孔隙压力(MP a)。环空液柱压力控制方法为:根据完钻井的钻井、试油等资料,获取地层孔隙压力、漏失压力和破裂压力数据,进而确定出环空动态液柱压力当量密度(E C D)的许用范围;设计浆体密度、性能参数,选用不同排量进行计算,在提高顶替效率的同时,检验环空E C D是否满足压力平衡需求;若满足,则进一步试算、优化后进行设计和施工;若不满足,则进行重新计算,直到满足要求为止。环空液柱压力控制方法如图2所示。图2 环空液柱压力控制方法 注水泥过程中,环空液柱压力计算方法4-5为:首先判别出注入流体的流变模式;分别计算出管内、环空平均流速,判别出流体流态,根据塞流、层流、紊流选用不同的模型计算出雷诺数,进一步计算出摩阻系数。幂律流体的摩阻系数为:=NbR e=(l g n+2.5 0)5 0b=(1.4 0-1 g n7(2)式(2)中:为幂律流体的摩阻系数,无因次;n为流性 指 数,无 因 次;、b分 别 为 中 间 参 数,无因次。管内、环空流动摩阻压降分别采用(3)、(4)式计算:P 10.2 L V2Di(3)Pe=0.2 L V2(Dw-De)(4)式(3)、(4)中:P1、Pe分别为管内、环空流动摩阻压降,P a;为流体密度k g/m3;L为管内或环空长度,m;V为流体速度,m/s;Di、De分别为管柱内径、外径,m;Dw为井眼内径,m。4.2 环空E C D模拟分析L 7井一开采用3 1 1.2 mm钻头钻至4 0 0 m,下入2 4 4.5 mm表套;二开采用2 1 5.9 mm钻头钻至2 3 3 0m,下入1 3 9.7 mm油套;采用双级注水泥工艺,分级箍位置为1 6 3 0 m;设计第一级水泥返至分级箍位置,第二级水泥返至8 5 0 m。L 7井油层套管固井浆柱结构设计如表2所示。表2 L 7井油层套管固井浆柱结构设计顺序操作内容注入量(m3)浆体密度(g/c m3)排量(m3/m i n)注入时间(m i n)备注1注冲洗液51.0 21.052注隔离液51.0 21.05第一级注水泥3注水泥1 6.11.5 51.01 6.14顶替清水2 7.51.00.83 4.45注冲洗液51.0 21.056注隔离液51.0 21.05第二级注水泥7注水泥1 7.71.5 51.01 7.78顶替清水1 9.61.00.82 4.5注:配制微珠水泥浆体系密度为1.4g/c m 3,微珠进水与破裂后的密度为1.5 5g/c m3,计算中均采用后者。双级固井工艺通过地面控制可以打开和关闭的分级箍,连接于套管中的一定位置,在固井时使注水泥作业分成两次完成,能够有效减小环空摩阻,减少液柱压力对下部油层的作用时间。依次注入冲洗液、隔离液、水泥浆,第一级注水泥结束后浆柱结构如图3所示。待第一级水泥浆初凝后,打开分级箍孔道,再依次注入冲洗液、隔离液、水泥浆,第二级注水泥结束后浆柱结构如图4所示。注水泥77 2 0 2 3年第4期卢奕泽等 低压易漏多套油层固井关键技术期间,K 1 h油 层 中 部1 4 1 4 m处,J 2 x油 层 中 部2 2 7 6 m处环空当量密度(E C D)如图5、图6所示。第 一 级 注 水 泥 过 程 中,2 2 7 6 m深 度 处,0 3 7 m i n E C D变化较小;约第3 7 m i n水泥浆开始进入环空,E C D逐渐上升,注水泥结束时E C D为1.2 7 g/c m3,小于漏失压力。第一级注水泥过程中,1 4 1 4 m及其上部没有水泥浆,其E C D变化较小,约为1.1 31.1 4g/c m3。第二级注水泥过程中,1 4 1 4 m深度处,03 2 m i n E C D变化较小;约第3 2 m i n水泥浆开始进入环空,E C D逐渐上升,注水泥结束时E C D为1.2 1 g/c m3,小于漏失压力。L 7井注水泥过程中全井段均未发生井漏。图3 第一级注水泥浆体结构图4 第二级注水泥浆体结构图5 第一级注水泥环空关键深度点E C D变化图图6 第二级注水泥环空关键深度点E C D变化图5 结论(1)采用微珠低密度水泥浆体系,应用双级注水泥工艺技术,优化浆体密度、性能和注替排量,能有效解决低压易漏多套油层的固井难题。(2)配制出的微珠低密度水泥浆,抗压强度大、虑失量小、流动性好、屈服值和塑性粘度大、性能稳定,单项性能指标要求与总体工程性能协调,配方简单易调。(3)通过优化设计,始终保持注替过程中环空动态压力低于漏失压力,是解决固井过程中井漏问题的关键。参考文献1 李传亮.油藏工程原理(第二版)M.北京:石油工业出版社,2 0 1 1.2 郑少军,王凯伦,刘思雨,等.基于紧密堆积理论的低密度固井水泥浆设计J.钻探工程,2 0 2 1,4 8(3):9 4-1 0 0.3 李鹏晓,孙富全,何沛其,等.紧密堆积优化固井水泥浆体系堆积密实度J.石油钻采工艺,2 0 1 7,3 9(3):3 0 7-3 1 2.4 钻井手册 编写组.钻井手册(第二版)M.北京:石油工业出版社,2 0 1 3.5 刘崇建,黄柏宗,徐同台.油气井注水泥M.北京:石油工业出版社,2 0 0 1.87 内蒙古石油化工2 0 2 3年第4期